花椒麻度分級的改良斯科維爾指數法建立研究

張璐璐，趙 鐳*，史波林，汪厚銀，支瑞聰，楊 靜，解 楠，李 志

（中國標準化研究院食品與農業標準化研究所，北京 102200）

花椒麻度分級的改良斯科維爾指數法建立研究

張璐璐，趙 鐳*，史波林，汪厚銀，支瑞聰，楊 靜，解 楠，李 志

（中國標準化研究院食品與農業標準化研究所，北京 102200）

針對辣椒辣度的斯科維爾指數（Scoville heat units，SHU）法存在對基質影響因素的忽略及檢驗結果缺乏統計學依據的問題，通過將單樣品評價改為樣品液與制備基質對照液的成對比較檢驗，以及增加評價小組人數或評價輪次改進實驗設計等，建立了與辣味同為三叉神經感的花椒麻味感覺強度的間接測量方法——改良SHU法。應用新方法對花椒（Zanthoxylum bungeanum Maxim.）麻度進行測量與分級，并同時采用紫外分光光度計法對花椒中的酰胺含量進行了測定。結果表明：麻味感覺強度值與花椒酰胺的物理含量之間具有一定的一致性，但對某些品種而言，相近的或者較低的花椒酰胺含量表現出更強的麻感，較高的酰胺含量卻能表現出較低的麻感。說明，花椒麻味感覺強度不僅與其所含的花椒酰胺總含量相關，也與花椒酰胺的構成及其結構相關。該方法的建立對花椒麻度相關研究以及應用麻度作為核心指標進行花椒及其制品質量評價與控制具有重要的理論和實踐意義。

花椒；麻度；分級；斯科維爾指數

花椒（Zanthoxylum bungeanum Maxim.）是一種香辛料植物，也是我國傳統的“八大調味品”之一，辛麻味是其典型的風味特征，也是其最重要的品質指標。花椒辛麻味與辣椒辣味一同構成我國傳統的八大菜系中最具特色和最受歡迎的菜系——川菜的麻辣風味特征。國內外研究人員自20世紀初一直未停止對花椒辛麻味的研究，但這些研究主要集中在兩大方面：一是花椒麻味成分的提取分離[1-6]及麻味組分含量的儀器測定方法[7-10]；二是麻味的生物學機制[11-14]。

近年來，隨著川菜的全國性乃至世界性流行以及我國各地區花椒的產業化發展，辛麻味強度評價與分級方法研究的空白對于花椒原料品種選育、麻味產品加工工藝改良與質量控制、商品流通分級與優質優價以及消費者對適宜麻度級別的食品選擇等方面都造成了缺乏客觀依據的發展瓶頸。因此，建立一種可以對花椒麻度進行量化分級的方法，并將其應用于以麻味為主要風味特征的產品質量評價與控制之中是對研究人員提出的一個產業共性關鍵技術需求。

目前，國內外尚未對花椒麻度分級方法的建立展開研究，僅有少數文獻曾報道過花椒中個別麻味化合物如α（β，γ）-山椒素以及OH-α（β，γ）-山椒素及其部分花椒制品（花椒油、花椒油樹脂及花椒粗提物）的麻味閾值測定結果[9,15]。相比之下，辣度的研究則較多，而且也有了比較明確的結果和方法。從機制上看，花椒麻感與辣椒辣感十分相似，現已證明兩者均為三叉神經感覺，均可通過化學物質如麻味或辣味化合物激活瞬間受體電位離子通道（TRPA1）和熱敏離子通道（TRPV1）產生麻感或辣感[12-13]。因此，建立花椒麻度的測定及分級方法可從借鑒辣椒辣度的評價入手。

對辣感強度（辣度）進行評價的方法主要有斯克維爾指數（Scoville heat units，SHU）法和線性標度法。線性標度法是在直線兩端（通常為15 cm）各約1.5 cm的位置上標識注釋詞，評價員將其感知到的產品感官特性強度標記在直線的某個位置，再轉化成相應的數值進行統計分析[16]。前期研究表明，應用線性標度法進行中、低區段辣感強度進行直接測定時，結果更準確。而對于高辣度（麻度）的辣椒（花椒）樣品，因其辣味（麻）強度過高，無法利用線性標度法進行辣度或麻度的直接測定。而SHU法作為一種基于差別檢驗的間接測量方法，它主要是通過將辣味提取液按比例稀釋，讓評價員找出剛剛能覺察出辣味的濃度最低的樣品，根據樣品的稀釋倍數轉化成辣度[17]。該方法操作簡便，是辣椒辣度評價的標準方法，但存在評價人數太少（一般5 名），檢驗輪次不夠（一輪），檢驗結論基于經驗判斷，統計依據不足，以及只評價樣品液無法消除樣品制備基質對品評影響等方面的問題。

因此，若將SHU辣度評價方法應用于花椒麻度分級評價中，需將現有方法做出適當改良。可通過將原SHU法測定中的單樣品評價改為樣品液與制備基質對照液的成對比較檢驗，并增加評價小組人數或評價輪次改進實驗設計，使檢驗結果更具統計學依據。此外，為進一步驗證麻味感覺強度與花椒酰胺的物理含量之間是否具有一致性，同時也采用紫外分光光度計法對花椒提取液中的花椒酰胺含量進行測定。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

花椒麻味羥基山椒素混合物（HPLC法提取，麻味物質組成為OH-α-山椒素63.6%、OH-β-山椒素22.8%、 OH-γ-山椒素7.4%）；乙醇（食品級） 河南金潤食品添加劑有限公司。

布氏漏斗、抽濾瓶、容量瓶、圓底燒瓶（500 mL）北京科實玻璃儀器公司；SK250H超聲波清洗器 上海科導超聲儀器有限公司；SHB-III型循環水式多用真空泵鄭州長城科工貿有限公司；PL2002型精密天平 瑞士梅特勒-托利多儀器（中國）有限公司；Cary 100紫外分光光度計 美國Varian公司。

1.2 方法

1.2.1 花椒麻度的改良斯科維爾指數法測定

1.2.1.1 樣品篩選與制備

1）樣品篩選

用于花椒麻度分級方法建立研究的樣品應滿足兩個條件：典型產區及非典型產區的常見品種；盡可能全面的覆蓋整個麻感強度區段。

據文獻[18]報道，青花椒以麻香為主，麻味為輔，麻味后勁足，主產區主要有四川涼山金陽、重慶江津，而大紅袍以麻味為主，香味為輔，麻味純正，主產區主要有陜西韓城、甘肅武都、四川漢源。據此，本研究篩選出16種代表性花椒樣品，見表1。

表1 代表性花椒樣品列表Table 1 List of representative samples of dry Zanthoxylum bungeaannuumm

2）花椒提取液的制備

準確稱量表1中列出的花椒樣品各20 g，分別置于500 mL的圓底燒瓶中，并加入100 mL乙醇，常溫、超聲浸提20 min，過濾浸提棄去初濾液15～20 mL，收集濾液備用。

1.2.1.2 麻度區段的確定

1）區段端點樣品稀釋倍數的確定

分別用移液管準確移取1.2.1.1節制備的16 種花椒提取液各1 mL至100 mL容量瓶中，加純凈水定容至100 mL；吸取上述稀釋液1 mL并加入純凈水定容至100 mL；重復上述操作，直至感官分析師可確定出麻感強度最弱及最強的樣品及其最大稀釋倍數。本研究中確定的區段端點（最弱和最強）樣品為山東萊蕪野生花椒（LWY）和麻味山椒素化合物（JYQ），其最大稀釋倍數分別為：8 750、175 000。同時，采用同樣的稀釋方法得到花椒麻味羥基山椒素混合物的最大稀釋倍數為9 410 000。

2）麻度區段的設定

據文獻[13-14]報道，花椒麻味與辣椒辣味在某種程度上作用機制類似，同時根據初步確定的最低與最高麻度樣品的最大稀釋倍數，將花椒麻度區段設定為10個，見表2。

表2 不同麻度區段對應的取樣量Table 2 Sample quantities from different pungency sections

1.2.1.3 樣品稀釋倍數的確定

1）樣品稀釋液制備

首先，通過直接品嘗每個花椒提取液，初步確定出每個樣品所對應的3個連續的麻度區段。然后，根據表2，進行相應稀釋后備用。

2）最小樣液量的確定

在3 個連續的麻味區段樣品中，由感官分析師首先對中間區段樣品進行品嘗。具體步驟為：按照表3，從對應區段所列數據中，用移液管從小到大移取提取液，然后移至50 mL容量瓶中用純凈水定容，進行品評，直至無法嘗出麻味為止。此時體積為最小樣液量。當移取此區段的最大體積仍無麻感刺激時，采用低麻味強度區段重復上述方法；當移取最小體積仍有麻感刺激時，則采用高麻度區段重復上述方法，直至確定出最小樣液量為止。

表3 不同麻度區段的Scoville指數eTable 3 SHU of different pungency sections

續表3

3）空白液制備

準確移取與最小樣液量等體積的乙醇至50 mL容量瓶內，加純凈水定容，備用。

1.2.1.4 改良SHU法測定麻度具體步驟

1）評價小組建立

剔除對麻味食品有強烈嗜好性及排斥感的 評價員，麻味評價小組應滿足GB/T 16291.1—2012《感官分析選拔、培訓與管理評價員一般導則：優選評價員》[19]優選評價員基本要求，最終確定出一支由10位優選評價員組成的麻味感官評價小組。

2）麻味評價方法

根據GB 12310—2012《感官分析方法成對比較檢驗》[20]中規定的感官評價——成對比較檢驗流程，分別對14個樣品的最小樣液量及空白液進行3個輪次的成對比較檢驗。

3）SHU的確定

10 人評價小組，重復測試3 輪，共30 個檢驗統計量。根據二項式分布顯著性檢驗表，進行待測液與空白液在麻度上有無差異的判斷。若待測液與空白液在95%置信水平下有顯著性差異，則樣品的SHU可直接根據表3得出。

1.2.2 花椒酰胺含量的紫外分光光度計法測定[21]

1.2.2.1 標準曲線的繪制

準確稱量一系列花椒麻味混合物，加乙醇將其波長配制成一系列質量濃度的麻味物質溶液。在254 nm波長下測其吸光度，以吸光度為縱坐標，對應單體混合物濃度為橫坐標，作標準曲線，得到標準曲線方程為y=0.070 6x（R2=1），式中：x為麻味混合物質量濃度/（μg/mL），y為254 nm波長的吸光度。

1.2.2.2 待測樣品中花椒酰胺含量測定

分別取1.2.1.1節制備的樣品1 mL，用乙醇定量到100 mL容量瓶中作為待測樣，測定各待測液在254 nm波長的吸光度y，同時，根據y=0.070 6x計算公式以及相應換算關系可知待測花椒樣品中的酰胺含量。

2 結果與分析

2.1 花椒樣品的麻度級別

表4 SHU的自然對數值與麻度級別的換算關系Table 4 Conversion of pungency degree to ln(SHU)

前期研究結果已證實，花椒麻味感覺強度與物理濃度的對數值成正比，符合心理物理學的Fechner定律。呂躍進等[22]研究結果也顯示人對不同事物在相同屬性的差異分辨在精度要求較高時也可分為9級以上。同時，結合17種花椒樣品及單體混合物稀釋倍數，得到如表4所示的SHU的自然對數（ln（SHU））與麻度級別的換算關系。

利用改良SHU法測得17 種花椒及麻味混合物樣品的稀釋倍數及麻度級別測量結果如表5所示。17 種花椒及麻味混合物樣品的稀釋倍數范圍在8 750～9 410 000之間，其中花椒麻味單體混合物（SSS）的SHU最大為9 410 000，麻度級別為10 級；其次為四川涼山金陽青花椒（JYQ）稀釋倍數為175 000，麻度級別為8 級；山東萊蕪野生花椒（LWY）的SHU最小為8 750，麻度級別為2 級。對比花椒樣品的麻度發現，野生花椒及刺椒的麻度級別較低，在3 級以下；青花椒的麻度最高，基本均為5 級以上；大紅袍由于品質差別或產地差異等因素，在4～7 級內均有分布。盡管在樣品收集階段，對花椒樣品進行了除雜、干燥、真空密封保存等處理，由于花椒麻度受產地、生長條件、花開程度、品質均一程度、籽粒含量等多種因素影響，可能導致即使同一品種產地的花椒麻度級別也會相差較大，因此，本實驗的麻度測量結果僅能代表本次收集樣品。

表5 花椒SHU及麻度分級結果Table 5 SHU and pungency intensity grading of dry Zanthoxylum bungeanum

2.2 花椒樣品中酰胺含量

在254 nm波長測定花椒樣品的吸光度，根據標準曲線計算得到經稀釋后的待測樣中的酰胺含量，根據稀釋倍數換算后即可得到各樣品中的花椒酰胺總含量，如表6所示。整體來看，除麻味羥基山椒素混合物（SSS）以外，其余樣品中的酰胺含量均在2%以下。從品種上來看，大紅袍酰胺含量在0.5%～1.96%之間，其中，四川漢源大紅袍（HYH）中的酰胺含量最高，為1.92%；青花椒的酰胺含量在0.28%～1.59%之間，除MXQ、KMQ的酰胺含量在0.28%和0.62%，其他3種青花椒酰胺含量均在1.29%以上。因此，對于同一品質花椒樣品，青花椒的酰胺含量總體高于大紅袍、野花椒酰胺含量。

表6 花椒酰胺含量測定結果Table 6 Amide contents of dry Zanthoxylum bungeaannuumm

2.3 花椒麻味感覺強度值與花椒酰胺物理含量的一致性

由表6可知，不同花椒樣品酰胺含量及其對應的麻度等級。總體來看，花椒中酰胺含量增大，則其麻度級別增大，而酰胺含量較低時，往往會有較低的麻度級別。這表明，麻味感覺強度值與花椒酰胺的物理含量之間具有一定的一致性，但對于某些花椒樣品（LLH、KMQ、MXQ；SXY、WWH），較低或相近的花椒酰胺含量表現出較強的麻感，較高的酰胺含量（ASH、HYQ等）卻表現出較低的麻感。根據Kenji[23]、Yoshiki[2]等報道，含有1個順式雙鍵和3～4個反式雙鍵的OH-α-山椒素的麻感強度均高于僅含有反式雙鍵的OH-β-山椒素。Sugai等[15]也曾進一步證實，經羥基化處理后的山椒素麻感強度低于未經羥基化的山椒素。麻度級別呈現較大差異的原因是由于其中雖然含有相同（近）的花椒酰胺含量，但其花椒酰胺構成或結構不同同樣會導致麻度感覺強度差別較大。這說明，花椒麻味感覺強度不僅與其所含的花椒酰胺總含量相關，也與花椒酰胺的構成及其結構相關。有關不同花椒花椒酰胺構成及化學結構對麻度影響方面的研究目前正在進行中。

3 結 論

本研究針對辣椒辣度SHU法存在對基質影響因素的忽略及檢驗結果缺乏統計學依據的問題，通過將單樣品評價改為樣品液與制備基質對照液的成對比較檢驗，以及增加評價小組人數或評價輪次改進實驗設計等，建立了與辣味同為三叉神經感的花椒麻味感覺強度的間接測量方法——改良的SHU法。應用新方法對不同花椒麻味粗體物的麻度進行了測量與分級，得到SHU與10個麻度級別的換算關系，并同時采用紫外分光光度計法對麻味粗體物中花椒酰胺的含量進行測定。結果表明，麻味感覺強度值與花椒酰胺物理含量之間具有一定的一致性，但酰胺的構成及其結構等也可能對麻度產生較大影響。

該方法的建立對花椒麻度相關研究以及應用麻度作為核心指標進行花椒及其制品質量評價與控制具有重要的理論和實踐意義。然而，在探討麻度等級與花椒酰胺物理含量之間的關系時，發現花椒酰胺含量并非決定麻度級別的唯一因素，推測主要原因是由于酰胺種類及化學結構的差異可能也會導致麻度級別的差異。有關花椒酰胺種類及化學結構對麻度影響的相關研究可見后續報道。

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A New Scoville Heat Unit (SHU) Method to Grade the Pungency Intensity of Dry Zanthoxylum bungeanum

ZHANG Lu-lu, ZHAO Lei*, SHI Bo-lin, WANG Hou-yin, ZHI Rui-cong, YANG Jing, XIE Nan, LI Zhi
(Sub-Institute of Food and Agricultural Standardization, China National Institute of Standardization, Beijing 102200, China)

By taking into account existing problems such as the neglect of matrix effect and the lack of statistical basis for the judgments of Scoville heat unit (SHU) method, which is commonly used to determine the pungency degree of hot pepper, an improved SHU method was developed to evaluate the pungency intensity of Zanthoxylum bungeanum in this paper. The new SHU method used the paired comparison and increased the number of assessors in sensory panel or evaluation sessions. By applying the new method, the pungency intensity of Zanthoxylum bungeanum was evaluated and graded. Meanwhile, the amide content of Zanthoxylum bungeanum was determined by using UV spectrophotometry. The results showed that there existed a relative consistency between the pungency intensity of Zanthoxylum bungeanum and its amide content. However, some varieties of Zanthoxylum bungeanum with similar or lower amide content could have stronger pungency intensity, and the opposite results were observed for those with higher, suggesting that the pungency intensity of Zanthoxylum bungeanum is correlated with not only total amide content but also the compositions and structures of amide compounds. The modified SHU method is of great theoretical and practical significance for the research of pungency intensity evaluation and quality control of Zanthoxylum bungeanum and the development of its related products.

Zanthoxylum bungeanum Maxim.; pungency intensity; grade; Scoville heat units

TS207.7

A

1002-6630（2014）15-0011-05

10.7506/spkx1002-6630-201415003

2014-03-25

國家自然科學基金面上項目（31171695）；質檢公益性行業科研專項（201410006）

張璐璐（1987—），女，工程師，碩士，研究方向為感官分析技術。E-mail：onion1002@126.com

*通信作者：趙鐳（1968—），女，副研究員，博士，研究方向為感官分析技術與標準化。E-mail：zhaolei@cnis.gov.cn